_ ADN-bazat de origami platforma de vaccinuri îmbunătățește răspunsurile anti-tumorale prin distanțarea precisă a moleculelor la nanometri

Vaccinurile terapeutice împotriva cancerului sunt o formă de imunoterapie în curs de elaborare, care nu numai că ar putea distruge celulele canceroase la pacienți, dar ar putea împiedica reapariția cancerului și răspândirea. Mai multe vaccinuri terapeutice împotriva cancerului sunt studiate în studiile clinice, dar în ciuda promisiunii lor, ele nu sunt încă utilizate de rutină de către oncologii clinici pentru a-și trata pacienții.

Ingredientul central al vaccinurilor terapeutice împotriva cancerului sunt antigenele, care sunt preferenţiale. produse sau nou produse (neoantigene) de celulele tumorale și permit sistemului imunitar al pacientului să caute și să distrugă celulele canceroase.

În majoritatea cazurilor, acești antigeni nu pot acționa singuri și au nevoie de ajutorul moleculelor adjuvante care declanșează o semnal general de alarmă în celulele imune cunoscut sub numele de celule prezentatoare de antigen (APC). APC-urile internalizează atât moleculele de antigen, cât și molecule de adjuvant și prezintă antigenele diferitelor tipuri de celule T. Aceste celule T lansează apoi un atac imediat împotriva tumorii sau păstrează o memorie de lungă durată a tumorii pentru apărarea viitoare.

Eficacitatea unui vaccin împotriva cancerului depinde de nivelul și durata „alarmei” adjuvanților săi. poate suna în APC-uri. Anterior, cercetătorii au descoperit că furnizarea de molecule de adjuvant și antigen către APC-uri simultan folosind nanostructuri precum origami ADN poate crește activarea APC. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste abordări nu a investigat sistematic modul în care numărul și aranjamentul la scară nanometrică a moleculelor adjuvante afectează imunitatea direcționată către tumori în aval.

Acum, o echipă de cercetare de la Institutul Wyss de la Universitatea Harvard, Institutul de Cancer Dana-Farber ( DFCI), Harvard Medical School (HMS) și Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST) au creat o platformă de origami ADN numită DoriVac, a cărei componentă de bază este o nanostructură pătrată în formă de bloc cu auto-asamblare.

La o față a blocului pătrat, un număr definit de molecule adjuvante pot fi atașate în modele nanoprecise extrem de reglabile, în timp ce fața opusă poate lega antigenele tumorale. Studiul a constatat că moleculele unui adjuvant cunoscut sub numele de CpG distanțate la exact 3,5 nanometri unele de altele au dus la cea mai benefică stimulare a APC-urilor care a indus un profil extrem de dorit al celulelor T, inclusiv cele care ucid celulele canceroase (celule T citotoxice). cele care provoacă inflamație benefică (celule T polarizate Th-1) și cele care oferă o memorie imunitară pe termen lung a tumorii (celule T cu memorie).

Vaccinurile DoriVac au permis șoarecilor purtători de tumori să controleze mai bine. creșterea tumorilor și să supraviețuiască semnificativ mai mult decât șoarecii de control. Important este că efectele DoriVac au fost, de asemenea, sinergizate cu cele ale inhibitorilor punctelor de control imun, care reprezintă o imunoterapie de mare succes, care este deja utilizată pe scară largă în clinică. Descoperirile sunt publicate în Nature Nanotechnology.

„Tehnologia vaccinului origami ADN de la DoriVac îmbină diferite capacități nanotehnologice pe care le-am dezvoltat de-a lungul anilor cu cunoștințele din ce în ce mai aprofundate despre procesele imunitare de suprimare a cancerului”, a spus Wyss Core Faculty. membru William Shih, Ph.D., care a condus echipa Institutului Wyss împreună cu primul autor Yang (Claire) Zeng, M.D., Ph.D..

„Ne imaginăm că în viitor, antigenele identificate la pacienții cu diferite tipuri de tumori ar putea fi încărcate rapid pe origami ADN prefabricat, care conțin adjuvant, pentru a permite vaccinuri personalizate foarte eficiente împotriva cancerului, care pot fi asociate cu inhibitori ai punctelor de control aprobați de FDA în terapiile combinate.”

Shih este De asemenea, profesor la HMS și Departamentul de Biologie al Cancerului DFCI și, ca unii dintre ceilalți autori, membru al Centrului interinstituțional „Imuno-ingineria pentru îmbunătățirea imunoterapiei” (i3) cu sediul la Wyss.

Adjuvantul CpG este o catenă sintetică de ADN alcătuită din motive repetate de nucleotide CpG care imită materialul genetic de la agenții patogeni bacterieni și virali care invadează celulele imune. La fel ca și omologii săi naturali, adjuvanții CpG se leagă de un „receptor de pericol” numit TLR9 din celulele imune, care, la rândul său, induce un răspuns imunitar inflamator (înnăscut) care funcționează în concordanță cu răspunsul imunitar (adaptativ) indus de antigen.

„Știam din lucrările anterioare că, pentru a declanșa răspunsuri inflamatorii puternice, receptorii TLR9 trebuie să se dimerizeze și să se agregă în complexe multimerice care se leagă de mai multe molecule CpG. Distanțele la scară nanometrică dintre domeniile de legare a CpG în ansamblurile eficiente TLR9 relevate de analiza structurală au scăzut. chiar în gama a ceea ce am ipotezat că am putea oglindi cu structuri origami ADN care prezintă molecule CpG distanțate precis”, a explicat Zeng, care era instructor în medicină la momentul studiului și acum este om de știință senior la DFCI și la Harvard Medical School ( HMS).

Pe lângă Shih, Zeng a fost, de asemenea, îndrumat în cadrul proiectului de către autorii seniori Ju Hee Ryu, Ph.D., cercetător principal la KIST și membrul fondator al facultății Wyss, David Mooney, Ph.D. .D., care este și profesor la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) și unul dintre cercetătorii principali ai Centrului i3.

Zeng și echipa au fabricat vaccinuri DoriVac în care diferite numerele de fire CpG au fost distanțate la 2,5, 3,5, 5 sau 7 nanometri una de cealaltă pe o față a blocului pătrat și un antigen model a fost atașat pe fața opusă. Ei și-au protejat structurile de a fi degradate în organism folosind o metodă de modificare chimică pe care grupul lui Shih a dezvoltat-o ​​mai devreme.

Când au fost interiorizate de diferite tipuri de APC, inclusiv celule dendritice (DC), care orchestrează T direcționat către tumoră. răspunsurile celulare, vaccinurile DoriVac au îmbunătățit absorbția antigenelor în comparație cu martorii constând din molecule de antigen liber.

O distanță CpG de 3,5 nanometri a produs cele mai puternice și mai benefice răspunsuri în APC și a depășit semnificativ un vaccin martor care conține numai molecule CpG gratuite.

„Am fost încântați să constatăm că vaccinul DoriVac a indus în mod preferențial o stare de activare imunitară care susține imunitatea antitumorală, ceea ce cercetătorii doresc în general să vadă într-un vaccin bun”, a spus Zeng.

Pe lângă spațiere, a contat și numărul de molecule CpG din vaccinurile DoriVac. Echipa a testat vaccinuri care conțin între 12 și 63 de molecule CpG distanțate optim și a constatat că 18 molecule CpG au furnizat cea mai bună activare APC. Acest lucru a însemnat că abordarea lor poate ajuta, de asemenea, la limitarea dozei de molecule CpG și, astfel, la minimizarea efectelor secundare toxice observate în mod obișnuit, observate cu adjuvanți.

Important, aceste tendințe in vitro s-au tradus în modele de tumori de șoarece in vivo. Când au fost injectate profilactic sub pielea șoarecilor, vaccinurile DoriVac s-au acumulat în nodulii limfatici cei mai apropiați, unde au stimulat DC.

Un vaccin încărcat cu un antigen de melanom a împiedicat creșterea celulelor melanomului agresiv injectate ulterior. În timp ce toate animalele de control au cedat cancerului până în ziua 42 a experimentului, animalele protejate de DoriVac toate erau în viață.

Vaccinurile DoriVac au inhibat, de asemenea, creșterea tumorii la șoareci la care formarea tumorilor melanom era deja în curs de desfășurare. cu o distanță de 3,5 nanometri de 18 molecule CpG, oferind din nou efecte maxime asupra celulelor DC și T și cea mai puternică reducere a creșterii tumorii.

În continuare, echipa a întrebat dacă vaccinurile DoriVac ar putea stimula și răspunsurile imune produse de micile „neoantigene” care apar în tumorile melanomului.

Neoantigenele sunt ținte ideale deoarece sunt produse exclusiv de celulele tumorale. Cu toate acestea, de multe ori nu sunt foarte imunogeni, ceea ce face ca adjuvanții extrem de eficienți să fie o componentă importantă în vaccinurile cu neoantigen. Un vaccin DoriVac personalizat cu patru neoantigene le-a permis cercetătorilor să suprime în mod semnificativ creșterea tumorii la șoarecii care au produs neoantigenele.

În cele din urmă, cercetătorii au întrebat dacă DoriVac ar putea face sinergie cu terapia cu puncte de control imun, care reactivează celulele T care au fost reduse la tăcere în tumori.

La șoareci, cele două terapii combinate au dus la regresia totală a tumorilor melanomului și le-au împiedicat să se întoarcă atunci când animalele au fost expuse din nou la aceleași celule tumorale patru luni mai târziu. Animalele își construiseră o memorie imună a tumorii. Echipa a obținut o eficiență similară a vaccinării într-un model de limfom de șoarece.

„Credem că valoarea DoriVac pentru determinarea unui punct favorabil în administrarea adjuvantului și îmbunătățirea eliberării și a efectelor antigenelor cuplate poate deschide calea către mai eficientă. vaccinuri clinice împotriva cancerului pentru utilizarea la pacienții cu o varietate de tipuri de cancer”, a spus Zeng.

Echipa traduce în prezent platforma DoriVac către aplicația sa clinică, care este susținută de evaluarea studiului privind distribuția vaccinului și vaccinul- anticorpi direcționați la șoareci, precum și citokine produse de celulele imune ca răspuns la vaccinurile in vivo.

„Platforma DoriVac este primul nostru exemplu despre modul în care urmărim ceea ce numim robotică moleculară – molecule sintetice bioinspirate. care au formă și funcție programabile - pot duce la terapii complet noi și puternice. Această tehnologie deschide o cale cu totul nouă pentru dezvoltarea de vaccinuri de proiectare cu proprietăți adaptate pentru a răspunde provocărilor clinice specifice. Sperăm să vedem traducerea sa rapidă în clinică”, a declarat directorul fondator al Institutului Wyss, Donald Ingber, M.D., Ph.D.

(Fluierul)